Kuvan luotto: NASA
Olemme tuomittuja. Eräänä päivänä maapallo on palanut tuhka, joka kiertää turvonneen punaisen tähden.
Tämä on minkä tahansa planeetan, joka asuu lähellä pääjärjestyksessä olevaa tähteä, kuten aurinkomme, perimmäinen kohtalo. Pääsekvenssin tähdet juoksevat vedyllä, ja kun tämä polttoaine loppuu, ne siirtyvät heliumiin ja muuttuvat punaiseksi jättiläiseksi. Vaikka auringon siirtyminen punaiseksi jättiläiseksi on surullinen uutinen Maalle, aurinkokunnan kaukaisimpien alueiden jäiset planeetat lepäävät ensimmäistä kertaa auringon lämmössä.
Aurinko on elinaikanaan kasvanut hitaasti, mutta tasaisesti kirkkaampana ja kuumempana. Kun aurinko muuttuu punaiseksi jättiläiseksi noin 4 miljardissa vuodessa, tuttu keltainen aurinko muuttuu kirkkaan punaiseksi, koska se säteilee pääasiassa infrapuna- ja näkyvän punaisen valon alemman taajuuden energiaa. Se kasvaa tuhansia kertoja kirkkaampana, ja sen pintalämpötila on silti viileämpi, ja ilmapiiri laajenee, imeen hitaasti elohopeaa, Venusta ja mahdollisesti jopa maata.
Vaikka auringon ilmakehän ennustetaan saavuttavan Maan 1 AU: n kiertoradan, punaisilla jättiläisillä on taipumus menettää paljon massaa, ja tämä karkotettujen kaasujen aalto voi työntää Maan vain alueen ulkopuolelle. Mutta riippumatta siitä, käytetäänkö maapalloa tai vain laulataan, koko maapallon elämä on siirtynyt unohdukseen.
Silti olosuhteet, jotka tekevät elämästä mahdolliseksi, voivat ilmetä muualla aurinkokunnassa, Astrobiology-lehdessä julkaistun tutkimuksen mukaan Lounais-tutkimuslaitoksen avaruustutkimuksen laitoksen johtaja Boulderissa, Coloradossa. Hän sanoo, että 10-50 AU: n planeetat sijaitsevat punaisen jättilän auringon asuttavalla alueella. Aurinkokunnan asuttava alue on alue, jolla vesi voi pysyä nestemäisessä tilassa.
Asuinvyöhyke siirtyy asteittain 10–50 AU-alueen läpi, kun aurinko kasvaa kirkkaampana ja kirkkaampana punaisen jättiläisvaiheensa läpi. Saturnus, Uranus, Neptune ja Pluto sijaitsevat 10-50 AU: n sisällä, samoin kuin niiden jäiset kuut ja Kuiper-vyö -objektit. Mutta kaikilla näillä maailmoilla ei ole yhtäläisiä mahdollisuuksia elämässä.
Punaisen jättiläisen siirtyminen ei vaikuta kovinkaan paljon kaasumaisten planeettojen Saturnuksen, Neptunuksen ja Uranuksen asumismahdollisuuksiin. Tähtitieteilijät ovat löytäneet kaasumaisia planeettoja, jotka kiertävät hyvin lähellä vanhempaa tähtiä muissa aurinkojärjestelmissä, ja nämä “kuumat Jupiterit” näyttävät pitävän kiinni kaasumaisessa ilmakehässään huolimatta läheisyydestä voimakkaaseen säteilyyn. Elämä sellaisena kuin tiedämme, se ei todennäköisesti näy kaasumaisilla planeetoilla.
Sternin mielestä Neptunuksen kuulla Tritonilla, Plutolla ja sen kuun Charonilla ja Kuiperin vyön esineillä on parhaat mahdollisuudet elämään. Nämä elimet ovat runsaasti orgaanisia kemikaaleja, ja punaisen jättiläisen auringon lämpö sulattaa niiden jäiset pinnat valtamereiksi.
"Kun aurinko on punainen jättiläinen, aurinkokunnan järjestelmämme jäämaailmat sulaavat ja muuttuvat valtameren oaaseiksi kymmenien tai useiden satojen miljoonien vuosien ajan", Stern sanoo. ”Aurinkokuntamme ei silloin satamaan yhtä maailmaa pintamereiden kanssa, kuten se tekee nyt, vaan satoja kaikille jättiläisten planeettojen jäisille kuille ja Kuiperin vyön jäisille kääpiöplaneetoille tulee myös valtameret. Koska lämpötila Plutossa ei eroa silloin paljon kuin Miami Beachin nykyinen lämpötila, haluan kutsua näitä maailmoja "lämpimiksi plutoiksi", analogisesti monien kuumien Jupiterien kanssa, jotka ovat löytäneet kiertävän auringon kaltaisia tähtiä viime vuosina. "
Auringon vaikutus ei ole kuitenkaan koko tarina - planeettakappaleen ominaisuudet kulkevat pitkälle kohti asettavuuden määrittämistä. Tällaisia ominaisuuksia ovat planeetan sisäinen aktiivisuus, planeetan heijastavuus tai ”albedo” sekä ilmakehän paksuus ja koostumus. Vaikka planeetalla olisi kaikki asumiskelpoisuutta edistävät elementit, elämä ei välttämättä ilmesty.
"Emme tiedä, mitä tarvitaan elämän aloittamiseen", sanoo Don Brownlee, Seattlessa sijaitsevan Washingtonin yliopiston tähtitieteilijä ja kirjan "Maan planeetan elämä ja kuolema" kirjan kirjoittaja. Brownlee sanoo, että jos lämpimät ja märät sisätilat ja orgaaniset materiaalit ovat kaikki mitä tarvitaan, niin Pluto, Triton ja Kuiper Belt Objects voisivat harrastaa elämää.
"Varoituksena on kuitenkin, että hiiltä sisältäviä chondrite-meteoriitteja tuottavien asteroidien sisätilat olivat lämpimiä ja märkiä ehkä miljoonia vuosia aurinkokunnan varhaisessa historiassa", Brownlee sanoo. "Nämä elimet ovat erittäin rikkaita sekä vedestä että orgaanisista materiaaleista, mutta silti ei ole vakuuttavia todisteita siitä, että asteroidisessa meteoriitissa olisi koskaan ollut eläviä asioita."
Myös planeettakehon kiertorata vaikuttaa sen elämämahdollisuuksiin. Esimerkiksi Plutolla ei ole mukavaa, säännöllistä kiertorataa kuten Maapallolla. Pluton kiertorata on suhteellisen epäkeskinen, ja etäisyys auringosta vaihtelee. Tammikuusta 1979 helmikuuhun 1999 Pluton oli lähempänä aurinkoa kuin Neptunusta, ja sadan vuoden aikana se on melkein kaksi kertaa kauempana kuin Neptunus. Tämän tyyppinen kiertorata aiheuttaa Pluton äärimmäisen lämmityksen vuorotellen äärimmäisen jäähdytyksen kanssa.
Myös Tritonin kiertorata on omituinen. Triton on ainoa suuri kuu, joka kiertää taaksepäin, tai ”taaksepäin”. Tritonilla voi olla tämä epätavallinen kiertorata, koska se muodostui Kuiperin vyöobjektina ja sitten vangittiin Neptunuksen painovoimalla. Se on epävakaa liitto, koska taaksepäin suuntautunut kiertorata luo vuorovaikutuksen Neptunuksen kanssa. Tutkijat ennustavat, että jonain päivänä Triton joko törmää Neptunukseen tai hajoaa pieniksi paloiksi ja muodostaa renkaan planeetan ympärille.
"Tritonin kiertoradan vuorovesien rappeutumisen aikataulu on epävarma, joten se voisi olla lähellä tai se olisi jo voinut kaatua, kun aurinko laskee punaiseksi jättiläiseksi", Stern sanoo. "Jos Triton on lähellä, se todennäköisesti näyttää siltä, että se on samanlainen orgaanisesti rikas valtameren maailma kuin Pluto."
Aurinko palaa punaisena jättiläisenä noin 250 miljoonaa vuotta, mutta onko se tarpeeksi aikaa elämälle jalansijan saamiseksi? Suurimman osan punaisen jättiläisen elinaikasta aurinko on vain 30 kertaa kirkkaampi kuin nykyinen tila. Punaisen jättiläisen vaiheen loppupuolella aurinko kasvaa yli 1000 kertaa kirkkaammaksi ja vapauttaa toisinaan energiapulsseja, jotka saavuttavat 6000-kertaisen virran kirkkauden. Mutta tämä voimakkaan kirkkauden ajanjakso kestää muutaman miljoonan vuoden tai enintään kymmeniä miljoonia vuosia.
Punaisen jättilän kirkkaimpien vaiheiden lyhyys viittaa Brownleehin, että Plutolla ei ole paljon lupauksia elämälle. Koska Pluuton keskimääräinen kiertorata on 40 AU, auringon olisi oltava 1600 kertaa kirkkaampaa, jotta Pluton saisi saman auringonsäteilyn, jota tällä hetkellä saamme maan päällä.
"Aurinko saavuttaa tämän kirkkauden, mutta vain hyvin lyhyen ajanjakson ajan - vain noin miljoona vuotta tai niin", Brownlee sanoo. "Pluton pinta ja ilmapiiri paranevat" meidän näkökulmastamme, mutta se ei tule olemaan mukava paikka merkittävän ajanjakson ajan ".
Punaisen jättiläisen vaiheen jälkeen aurinko muuttuu vaaleammaksi ja kutistuu maapallon kokoiseksi, muuttuen valkoiseksi kääpiöksi. Punaisen jättilän valossa lepääneet kaukana olevat planeetat muuttuvat jälleen jäätyneiksi jäämaailmiksi.
Joten jos elämä on tarkoitus näkyä punaisessa jättiläisjärjestelmässä, se tarvitsee nopean aloituksen. Maan elämän uskotaan syntyneen 3,8 miljardia vuotta sitten, noin 800 miljoonaa vuotta planeettamme syntymän jälkeen. Mutta se johtuu todennäköisesti siitä, että sisäisen aurinkokunnan planeetat kokenut 800 miljoonan vuoden raskas asteroidipommitus. Vaikka elämä olisi saanut alkunsa heti, asteroidien varhainen sade olisi pyyhkäissyt maan puhtaana tuosta elämästä.
Brownlee sanoo, että ulkoplaneettoille voisi alkaa uusi pommituskausi, koska punainen jättiläinen aurinko voisi häiritä suurta määrää komeeteita Kuiperin vyöllä.
"Kun punainen jättiläinen aurinko on tuhat kertaa kirkkaampi, se menettää lähes puolet massastaan avaruuteen", Brownlee sanoo. ”Tämä saa kiertoradat liikkumaan ulospäin. Kaasun menetykset ja muut vaikutukset saattavat destabiloida Kuiperin hihnaa ja luoda uuden mielenkiintoisen pommituksen ajanjakson. "
Mutta Stern sanoo, että punaisen jättiläisen auringon kautta asettamia planeettoja ei pommiteta niin usein kuin aikaisessa maapallossa, koska muinaisella asteroidivyöllä oli paljon enemmän materiaalia kuin Kuiperin vyöllä.
Lisäksi ulkoplaneetat eivät koe samoja ultravioletti (UV) tasoja, joita maan on täytynyt kestää, koska punaisilla jätteillä on erittäin matala UV-säteily. Pääsekvenssitähden korkeamman intensiteetin UV voi vahingoittaa herkkiä proteiineja ja RNA-juosteita, joita tarvitaan elämän alkuperään. Elämä maapallolla voisi olla peräisin vain vedenalaisesta syvyydestä, joka on suojattu tältä valovoimalta. Maan elämä on siis erottamattomasti sidottu nestemäiseen veteen. Mutta kuka tietää, millainen elämä voi syntyä planeetoilla, joille ei tarvita UV-suojausta?
Sternin mielestä meidän pitäisi etsiä todisteita elämästä Pluton kaltaisissa maailmoissa, jotka kiertävät punaisten jättiläisten ympärillä tänään. Me tiedämme tällä hetkellä Linnunradan galaksissa 100 miljoonaa aurinko-tyyppistä tähteä, jotka palavat punaisina jätteinä, ja Stern sanoo, että kaikissa näissä järjestelmissä voisi olla asuttava planeetta alueella 10-50 AU. "Se olisi hyvä testi aika, joka tarvitaan elämän luomiseen lämpimissä, vesirikkaissa maailmoissa", hän sanoo.
"Ajatus orgaanisista rikkaista etäisistä elimistä, joita leipoo punainen jättilähti, on kiehtova ja voi tarjota erittäin mielenkiintoisia, jos lyhytaikaiset elinympäristöt elämälle", lisää Brownlee. "Mutta olen iloinen, että aurinkoomme on jäljellä paljon aikaa".
Mitä seuraavaksi
Vaikka suurin osa siitä, mitä tiedämme ulkoisesta aurinkokunnasta, perustuu etämittauksiin, jotka on tehty maapallopohjaisista kaukoputkista, 2. tammikuuta 2004 tiedemiehet tarttuivat lähikuvaan Kuiperin vyökohteeseen. Stardust-avaruusalus kulki 136 kilometrin päässä komeetasta Wild2, valtavasta lumipallasta, joka vietti suurimman osan 4,6 miljardin vuoden elinaikastaan kiertäen Kuiperin vyöllä. Wild2 kiertää nyt pääosin Jupiterin kiertoradalla. Stardust-operaation päätutkijana toimiva Brownlee sanoo, että Stardust-kuvissa on fantastiset pinnan yksityiskohdat ruumiista, jotka on muotoiltu sekä muinaisen että lähihistoriansa perusteella. Stardust-kuvissa näkyy komeetasta ammuttavia kaasu- ja pölysuihkuja, kun Wild2 hajoaa nopeasti sisäisen aurinkokunnan voimakkaan aurinkolämmön kautta.
Saadaksesi lisätietoja ulkoisesta aurinkojärjestelmästä, meidän on lähetettävä sinne tutkittavaksi avaruusalus. Vuonna 2001 NASA valitsi New Horizons -operaation juuri tällaiseen tarkoitukseen.
Stern, joka on New Horizons -operaation tutkija, ilmoittaa, että avaruusaluksen kokoonpano on tarkoitus aloittaa kesällä. Avaruusaluksen on tarkoitus käynnistyä tammikuussa 2006, ja se saapuu Plutoon kesällä 2015.
New Horizons -operaation avulla tutkijat voivat tutkia Pluton ja Charonin geologiaa, kartoittaa niiden pintoja ja ottaa lämpötilat. Myös Pluton ilmapiiriä tutkitaan yksityiskohtaisesti. Lisäksi avaruusalus vierailee Kuiperin vyön jäisissä kappaleissa vastaavien mittausten tekemiseksi.
Alkuperäinen lähde: Astrobiology Magazine
